용접과 관련되는 분야에서, 재료평가와 비파괴 검사법으로서의 Acoustic Emission의 응용을 살펴 보았다. 재료 평가법으로서의 AE는 다른 시험방법들이 검출해 내지 못하는 재료 내부에서의 미시적인 현상들을 정량적으로 평가할 수 있는 장점을 가지고 있다. 앞으로 새로운 용접재료의 개발이라든지, 고도의 신뢰성이 요구되는 용접부위의 정량적인 평가를 위해서 AE의 응용은 중요한 정보들을 제공하게 될 것이다. 한편 용접구조물의 비파괴적 평가법으로서의 AE는 균열의 동적인 거동 및 균열의 위치를 검지할 수 있다는 장점 때문에 응용범위는 더욱 넓어질 것이다. 여기서 유의하여야 할 점은, 목적으로 하는 AE신호를 수만배 까지 증폭시키는 과정에서 환경잡음의 영향을 무시할 수 없는 경우에는 우선적으로 잡음을 적극적으로 제거하는 고도의 연구도 함께 병행되어야 한다는 것이다.
스틸 판재 4KW CO2 레이저 용접시 발생되는 플라즈마 특성 연구를 위하여 용접 품질에 중요한 요인이 되는 용접속도, 주입가스 양, 판재사이의 갭을 변화시키면서 실험을 하였다 발생된 분광학적 스펙트럼을 측정하였고 플라즈마광의 세기를 광파이버를 이용하여 측정하였다 플라즈마 패턴 특성을 알기 위하여 1000 frame/sec의 고속 디지털 카메라를 이용하여 플라즈마 영상을 측정하였다 그 결과, 용접속도가 빠를수록 상단에서 발생되는 플라즈마 광의 세기는 커졌으며, 주입가스의 양이 적을수록 플라즈마광의 세기가 강하게 측정되었다. 또한 판재 사이가 넓을수록 발생된 플라즈마가 판재 사이로 분출이 되면서 그 세기가 감소되는 현상을 보여주었다. 이러한 결과는 2차원 플라즈마 영상실험의 결과와 일치함을 보여주었다. 따라서 표면에서 발생되는 플라즈마 광의 세기는 레이저 용접시 중요한 요인이 되는 침투깊이를 추정하는데 중요한 정보가 되며 레이저 용접 품질에 대한 실시간 모니퍼링이 가능함을 확인하였다.
(주)PMPT사는 국내 뿌리산업 분야의 Zn-Ni자동차부품 도금업체로서 남동공단에 위치하고 있다. 하지만 자동차품질 향상에 기본이 되는 도금 기술자료가 부족하여 연구개발에 많은 어려움을 겪고 있다. 또한 미래자동차용 용접부품의 도금 품질향상을 위한 최신 기술정보제공이 필요한 실정이다. 이에 다년간 이론과 경험을 겸비한 도금전문가의 활용이 필요한 실정이다. '아직도 녹슨 자동차를 탈 것인가?' 지난 2003년부터 10년간 '녹슬지 않는 자동차', '녹과의 전쟁'을 목표로 자동차부픔의 품질기술지도가 실시되었다. PMPT사도 이에 동참하여 자체의 경험과 기술로써 용접부 품질을 개선하여 왔다. 하지만 경험에 의존해 왔던 PMPT사 자체의 도금기술로써는 유렵의 BMW사나 Toyota사의 Zn, Zn-Ni 합금도금에 대한 기술변화와 수출경쟁에 대처하기가 어려운 실정이다. 특히 용접부는 자동차 사고의 치명적 결함이다. 이에 도금전문가를 활용하여 해외의 선진도금 기술정보제공과 함께 미래의 자동차부품 품질향상을 위한 기술지원을 실시하였다. 세부적인 기술지원 내용으로서는 Zn, Zn-Ni합금도금제품 용접부품에 6가 Cr을 사용하지 않는 친환경 Chromate Free, Zn-Ni합금도금 용접부 내식성 향상을 위한 Ni의 최적함량과 메커니즘을 지원하였다. 필자가 도금현장에서 근무하면서 터득한 까다롭고 어려워하는 도금기술과 최신의 해외 Chromate Free표면처리 기술을 제공함으로써 수출향상과 품질기술력 향상에 이바지 하고자 하였다.
근래에 조선 해양 구조물 분야의 대부분 설계와 공정 계획은 각 회사가 보유한 전용 CAD/CAM 시스템을 통해 수행되고 있다. 이는 설계 형상 및 생산 관련 정보들이 추출되어 시간과 인력이 소비되는 많은 분야에서 해당 정보를 유용하게 사용할 수 있는 프레임워크가 구축되는 초석이 마련되었음을 뜻하며, 가장 전형적인 예로 선박 및 해양 구조물의 생산에 있어서 용접 관련 정보 산출 문제가 있는데 초기 일정 계획에 있어서 사용될 용접물량의 정확한 예측은 구조물 중량 그리고 도장면적 산출과 더불어 생산 과정의 자연스런 흐름을 가능케 하며 예상 소요 인력과 비용을 확보할 수 있는 극히 중요한 과정으로 인식되고 있다. 본 연구에서는 ERP 시스템에서 추출된 구조물의 형상 및 생산정보로부터 정확한 용접장 및 용접물량을 추정할 수 있는 프레임워크를 구축하고 프로그램을 개발하였다. 산출된 용접 정보는 용접 자세, 조립단계, 블록, 베벨 그리고 용접타입에 따라 분류되며, 적절한 Factor를 통해 용접작업에 필요한 시수와 비용을 예측하는데 사용된다.
용접은 선박 및 해양플랜트의 생산 및 건조에 있어 매우 높은 비중을 차지하는 작업이다. 용접부의 품질 검증을 위해 비파괴 검사를 수행하는데, 우리나라에서는 주로 방사선투과검사(RT)를 활용한다. 현재 대부분의 조선소에서는 용접부의 촬영을 통해 얻어진 필름을 인화하여 검사에 활용하는 아날로그 형태를 채택하고 있다. 이에 방사선 촬영에서부터 합부 판정까지 소요시간이 길고 복잡하며, 관련 분야의 자격을 보유한 검사자에 의해 수작업으로 진행되고 있는 실정이다. 본 논문에서는 이러한 문제를 개선하기 위해 조선소에서 발생하고 있는 RT 필름을 고해상도로 스캔하여 디지털화한 후, 관리 서버에 축적하고, 인공지능 기술을 적용하여 용접 결함을 판독하기 위한 플랫폼에 관한 내용을 다룬다. 이를 위한 일련의 요소인 아날로그 RT 필름 스캔장비, 용접 검사 정보 통합 관리 플랫폼, 결함 판독 알고리즘, 시각화 소프트웨어 등을 설계 및 개발하고, 개발한 각 요소를 상호 연계하여 테스트 및 검증하는 과정에 관하여 기술한다.
슈퍼컴퓨터는 주로 거대 과학문제를 해결하는데 활용되었으나, 최근 산업체의 신제품 및 신기술 개발을 위한 활용이 확대되는 추세이다. 이를 보다 활성화시키기 위해서는 산업체의 연구개발자들이 슈퍼컴퓨터를 활용하여 보다 쉽고 편리하게 시뮬레이션을 수행할 수 있는 환경의 개발이 요구된다. 이를 통해 저비용/고효율의 제품 개발 기반을 확보할 수 있으며, 산업체의 글로벌 경쟁력 향상을 모색할 수 있다. 용접은 선박, 항공기 등의 대형 구조물뿐만 아니라 금속을 사용하는 소형 구조물의 접합을 위해 널리 활용되는 기술이다. K-WeldPredictor는 용접 기술의 80% 정도를 차지하는 아크 용접을 웹 사이트에서 시뮬레이션 할 수 있도록 지원하는 슈퍼컴퓨터 기반의 시뮬레이터이다. 미국 WeldPredictor와의 기술협력을 통해 개발되었으며, 슈퍼컴퓨터의 높은 보안 수준을 준수하기 위해 별도의 웹 서버를 활용하였다. 특히 웹 서버와 슈퍼컴퓨터와의 안전한 데이터 전송을 위해 SSH 로컬 포트 포워딩 기술을 활용하였다.
Power and industrial plant use various welding processes and many kinds of materials. Thus, it is a difficult task to get the proper welding information. In this research, a welding information system was developed to solve the difficulty. It consists of database system, knowledge base system and diagram analysis programs. Database system contains a large database and various searching method corresponding to the kind of information. A large part of welding information is managed by this database system. Knowledge based system is used for decision of proper welding process and analysis of weld defects. It has conversion program from text to knowledge, and inference mechanism. Finally, Diagram analysis programs carry out the calculation of ferrite content in the weld metal. By the calculation, a crack occurrence can be avoided. The developed system can be a useful tool for welding in the field of power and industrial plant.
연구목적: 본 연구에서는 아크 용접 과정에서 발생하는 불티를 포집하기 위한 기초 연구를 수행하였다. 연구방법: 이를 위해서 불티를 흡입하기 위한 송풍기와 노즐 그리고 흡입부의 필터와 자석으로 구성된 목업 포집 장치를 제작하였다. 필터의 형상과 자력 특성에 따른 상관관계를 분석하기 위하여 용접기의 용량 1,800W, 용접 시간 70s인 조건에서 카본필터와 콜게이트 필터 각각의 기공률과 기공의 크기를 정량화하였으며, 자력 크기 2.6, 3.4, 4.05kgf인 경우 불티의 포집 효율을 산출하였다. 연구결과 및 결론: 그 결과 불티를 포집하기 위한 송풍기 흡입 용량, 자력의 크기, 기공률 그리고 기공 직경에 대한 경험식을 도출하였으며, 실험 결과가 ± 10% 이내에서 일치하는 것을 확인하였다. 본 연구 결과는 건설 현장에서 용접 작업에 따른 화재 확산 위험을 최소화할 수 있는 정량화된 포집기 설계 방안을 제시하는데 활용이 가능할 것으로 판단된다.
용접 구조물에 대한 프로세스 제어를 위하여 매우 효과적인 수단이 될 수 있는 SYSWELD 소프트웨어의 이론적인 개념 및 응용 기술에 대하여 소개하였다. 전술한 바와 같이 SYSWELD는 일반적으로 알려져 있는 범용 열 및 구조해석 상용 Code와는 달리 야금학적 이론이 접목되므로써 이전에는 고려하기 곤란했던 제어 인자들에 대하여 보다 정확한 정보를 얻을 수 있기 때문에 용접 프로세스 분야에 매우 적합한 시뮬레이션 Code라고 판단된다. 이와 같이 수치해석 기술을 응용함으로써 연구기관에서는 제반 현상들에 대하여 실험적인 접근방법보다 보다 효과적으로 이해할 수 있게 되어 궁극적으로 이론적 발전 및 실용화를 이룰 수 있으며, 또한 산업체에서는 현업에서 발생하는 결함의 제어 및 구조물이나 프로세스의 최적 설계 방안을 수립하는 일이 가능하기 때문에, 현재 용접 분야에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 응용 기술에 대하여 관심이 집중되고 있다. 이에 당사는 SYSWELD를 비롯하여 공학 분야의 유용한 상용 Code에대한 공급 및 기술 지원 뿐만 아니라 엔지니어링 능력을 갖추고 이와 같은 추세에 부응하고자 하는 노력중에 있는 바, 용접 시뮬레이션 응용 기술에 대한 현황을 소개하고자 하였으므로 참고가 되기를 바란다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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